(57)【要約】  材料の機械的処理のための電磁ハンマー装置およびその使用方法。平面状物品（１）、円筒状物品（１３）、または管状物品（１６）における材料の非接触機械的処理を提供するように適合される電磁ハンマー装置であって、処理対象の材料（１、１３、１６）内の所定の経路に沿って設けられ、第１のパルス電流が供給される、導体（２）と、導体（２）の上に並べられ、第２のパルス電流が供給される、直線状に構成された導体（４）またはＶ字形の導体（１０）または導電性の管（１４、１７）であって、導体（２）と導体（４、１０、１４、１７）との間に、絶縁材料（５）の層が中間に並べられる、直線状に構成された導体（４）またはＶ字形の導体（１０）または導電性の管（１４、１７）と、を備える、電磁ハンマー装置。第１のパルス電流と第２のパルス電流とを同じ方向に同時に印加すると、材料（１、１３、１６）に引張力が働き、電流を互いに反対方向に印加すると、内部に圧縮力が働く。引張力または圧縮力が印加される角度の調整を提供する、一対の補助導体（７、８；１１、１２）が導体（４、１０）の各側にそれぞれ設けられることが好ましい。上記のハンマー装置を用いる材料の機械的処理のための方法も提示される。
2019523713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料（１、１３、１６）の機械的処理を提供するように適合される電磁ハンマー装置であって、処理対象の前記材料（１、１３、１６）内の所定の経路を通るように構成された導体（２）であって、前記導体（２）は、第１のパルス電流（Ｉ１）が供給される、導体（２）と、前記導体（２）の上に並べられ、第２のパルス電流（Ｉ２）が供給される、導体（４、１０、１４、１７）であって、前記導体（２）と前記導体（４、１０、１４、１７）との間に、厚さ（ｔ）の絶縁材料（５）の層が中間に並べられる、導体（４、１０、１４、１７）と、を備え、前記第１のパルス電流と前記第２のパルス電流とを同じ方向に同時に印加することにより、処理対象の前記材料（１、１３、１６）に引張力を印加し、かつプル効果を及ぼし、前記第１のパルス電流と前記第２のパルス電流とを互いに反対方向に印加することにより、処理対象の前記材料（１、１３、１６）に圧縮力を印加し、かつプッシュ効果を及ぼし、前記力（Ｆ）は、処理対象の前記材料に垂直に働き、次式によって与えられ、
【数１】
2019523713.tif 000006
ここで、（Ｌ）は、前記力が印加される処理対象の前記材料（１）内における前記所定の経路の長さを表し、（μ）は、絶縁材料（５）の前記層の比透磁率であり、（μ０）は真空の透磁率である、電磁ハンマー装置。
【請求項２】
処理対象の前記材料（１、１３、１６）は、略平面状物品（１）であって、前記導体（２）が並べられた前記略平面状物品（１）の直線条片または平面セグメント（３）の下に体積（６）を有する、略平面状物品（１）であり、前記導体（４、１０、１４、１７）は、前記導体（２）の上に、平行な方向に並べられ、処理対象の前記材料の前記直線条片および平面セグメント（３）の長さおよび幅以下の長さおよび幅を有する長手方向条片の形態で構成された導体（４）であり、それによって、機械的処理が、直線条片または平面セグメント（３）全体において単一フェーズの処理でそれぞれ行われる、または各フェーズが前記導体（４）のより短い長さおよび幅によって決定される直線条片または平面セグメント（３）の一部分において行われる、複数のフェーズで行われる、請求項１に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項３】
処理対象の前記材料（１、１３、１６）は、その直線条片または平面セグメント（３）の下に小体積（９）を有する略平面状物品（１）であり、前記導体（２）は、前記直線条片または平面セグメント（３）内に並べられ、前記導体（４、１０、１４、１７）は、前記導体（２）の上に配置されたＶ字形の導体（１０）であり、それによって、機械的処理が、処理対象の前記材料の前記略平面状物品（１）において、前記機械的処理を必要とする小体積（９）の選択されたスポットにおいて順次行われる、請求項１に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項４】
前記導体（４、１０）の両側にそれぞれ配置された一対の補助導体（７、８；１１、１２）をさらに備え、前記導体（７、８；１１、１２）は、第３および第４のパルス電流がそれぞれ供給され、それによって、処理対象の前記材料の前記略平面状物品（１）の直線条片または平面セグメント（３）の下にある前記体積（６）または前記小体積（９）に働く拡張された合力と、前記第３および第４のパルス電流の大きさを変化させることによって、処理対象の前記材料の前記略平面状物品（１）に前記合力が印加される角度を制御する能力と、を提供する、請求項２または３に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項５】
前記一対の補助導体（７、８；１１、１２）は、前記導体（４、１０）に平行な方向に向けられ、前記合力は、前記導体（４、１０）にわたって処理対象の前記材料（１）に垂直に働く力に対して、−９０度から＋９０度までの任意の角度に向けられるように制御される、前記第２、第３、および第４のパルス電流を同時に作用させることによって得られる、請求項４に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項６】
前記一対の補助導体（７、８；１１、１２）は、前記導体（４、１０）に平行な方向に向けられ、前記合力は、処理対象の前記材料（１）の表面に前記補助導体（７、８；１１、１２）を回転させることによって、直線条片または平面セグメント（３）のいずれかの側に進展する、または処理対象の前記材料（１）の前記小体積（９）を中心として、立体の全周囲に３６０°の範囲内で任意の角度に向けられるように制御される、前記第２、第３および第４のパルス電流を同時に作用させることによって得られる、請求項４に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項７】
処理対象の前記材料（１、１３、１６）は、その周囲の下に微小体積（１５）を有する円筒状物品（１３）であり、前記円筒状物品（１３）は、絶縁膜（５）によって覆われ、前記導体（２）は、前記円筒状物品（１３）内を通過するように構成された前記第１のパルス電流を受けるように適合され、前記第２のパルス電流を受けるように適合された前記導体（４、１０、１４、１７）は、前記円筒状物品（１３）を覆う前記絶縁膜（５）の上に配置された導電性の管（１４）である、請求項１に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項８】
処理対象の前記材料（１、１３、１６）は、その内周および外周の下にある、表皮効果に関連する微小体積（１５）を有する管状物品（１６）であり、第１の絶縁膜（５）は、前記管状物品（１６）の内側に設けられ、第２の絶縁膜（５）は、前記管状物品（１８）の外側に設けられ、前記導体（４、１０、１４、１７）は、導電性の管（１７）であり、第１の導電性の管（１７）は、第１の絶縁膜（５）の内側に設けられ、第２の導電性の管（１７）は、第２の絶縁膜（５）の外側にそれぞれ設けられ、前記第１のパルス電流を受けるように適合された前記導体（２）は、前記管状物品（１６）内を通るように構成され、前記導電性の管（１７）は、前記第２のパルス電流を受けるように適合され、前記導体（２）における前記第１のパルス電流の供給と、前記導電性の管（１７）内への前記第２のパルス電流の同時供給とにより、処理対象の前記管状物品（１６）の前記内周および前記外周の前記微小体積（１５）全体にわたって引張力または圧縮力が印加される、請求項１に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項９】
前記絶縁材料（５）は、前記導体（２）を覆い、かつ前記導体（４）または（１０）および前記補助導体（７、８）または（１１、１２）から前記導体（２）をそれぞれ分離するための適切な寸法を有する絶縁膜である、請求項２から４のいずれか一項に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項１０】
前記絶縁材料（５）は、前記導体（４）または（１０）および前記補助導体（７、８）または（１１、１２）をそれぞれ完全に覆う、絶縁コーティングである、請求項２から４のいずれか一項に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項１１】
前記材料（１）内の前記所定の経路を通る前記第１のパルス電流（Ｉ１）の周波数帯域幅を制御し、それによって、前記電磁ハンマー装置による機械的処理対象の前記材料の有効深さを調整する、手段をさらに備える、請求項１に記載の電磁ハンマー装置。
【請求項１２】
導電性材料の機械的処理のための方法であって、
処理対象の前記材料（１、１３、１６）内の所定の経路を通る第１の導体（２）に第１のパルス電流を供給するステップと、
前記第１の導体（２）を第２の導体（４、１０、１４、１７）から分離する絶縁材料（５）の層の上に並べられた前記第２の導体（４、１０、１４、１７）に第２の電流を供給するステップと、
を含み、
前記機械的処理は、前記第１のパルス電流と前記第２のパルス電流とを同じ方向に同時に印加することにより、処理対象の前記材料（１、１３、１６）に引張力を印加し、かつプル効果を及ぼし、前記第１のパルス電流と前記第２のパルス電流とを互いに反対方向に印加することにより、処理対象の前記材料（１、１３、１６）に圧縮力を印加し、かつプッシュ効果を及ぼすことで実現され、上記力（Ｆ）は、前記印加される第１および第２のパルス電流の積に比例し、前記絶縁材料（５）の前記層の厚さに反比例し、かつ処理対象の前記材料に垂直に働く、方法。
【請求項１３】
前記導体（４）または（１０）の各側にそれぞれ配置された第３および第４の導体（７、８）または（１１、１２）に、第３および第４のパルス電流を供給するステップと、それによって、前記第３および第４のパルス電流の大きさを変えることによって、処理対象の前記材料に働く拡張された合力と、前記合力が処理対象の前記材料に印加される角度を制御する能力と、を提供するステップと、
をさらに含む、請求項１２に記載の導電性材料の機械的処理のための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃処理、繰り返し変形、表面研磨、酸化物除去、電磁成形、および電磁溶接を含む、引張応力および圧縮応力による、印加される力ベクトルの方向および振幅を調整する能力を有する、導電性表面および非導電性表面の機械的処理のための装置および方法に関する。提案される装置および方法はまた、処理対象の材料における応力テンソル分布の非破壊測定に使用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
機械的処理は、処理対象の材料において所望の応力テンソル分布のプロファイルを得る目的で、処理対象の材料の機械的特性を調整するために使用される。このような処理は、歴史的に、例えば特許文献１および２に例示されるような熱的技法によって主に行われてきた。結果として焼なまし（応力除去）方法または焼入れ（急冷）方法を伴うように材料を加熱すると、所望のレベルの応力テンソル分布にすることができる。１つの特定の熱処理方法は、特許文献３に開示されているような時間および非接触動作に関して一定の利点を有する、誘導加熱である。非接触の能力は、これらの熱的技法の主な利点であるが、それらの主要な欠点は、熱処理後の応力テンソル分布の不確実性が大きいことである。
【０００３】
熱処理とは別に、機械的方法が最近開発され、工業的用途で実施されている。例えば特許文献４に例示されているような超音波衝撃処理、例えば特許文献５および６に例示されているようなレーザピーニング、ならびに例えば特許文献７に例示されているような低塑性バニシングは、現在最も広範に受け入れられているプロセスであり、これらは、損傷耐性および疲労または応力腐食性能を改善するために、一定量の塑性変形を導入することによって、ある程度の残留応力を生成する。これらのすべての技法の主な利点は、局所的な表面応力テンソル分布を正確に制御する能力を有することであるが、主な欠点は、そのような処理に必要な時間が長いこと、および一部の用途において接触する処理手段を必要とすることである。
【０００４】
例えば、非特許文献１にみられるように、欠陥修復し微細構造を強化するための、繰り返し応力を与えることによる繰り返し変形に関して、工業的規模でこのような処理を行うための方法および装置の必要性が提起されている。
【０００５】
表面研磨および酸化物除去に関する限り、ほとんどの処理は、危険な化学物質および超音波振動の実施を伴う。超音波、熱、および洗浄液の組み合わせは、通常、好ましい戦略である。これらの用途には、（プロセスが行われる）タンクの必要性および（健康および安全のための制限の対象になる）溶媒の使用などのいくつかの欠点がある。かなり効率が劣るにもかかわらず、水性溶液も使用される。
【０００６】
上記とは別に、電磁ハンマー装置は、例えば特許文献８に例示されているような電磁成形作業において、また例えば特許文献９に例示されているような電磁溶接作業において、現在使用されている。これらの電磁ハンマー装置では、処理対象の材料の周囲に設けられた導体（例えば、ソレノイド）を介してパルス電流を送ることにより、材料内に誘導反作用応答を生じさせている。しかしながら、従来技術のこのような電磁ハンマー装置は、処理対象の材料に対して単一の方向に、すなわち材料に対して垂直にしか圧縮力を供給し得ないため、上記のような機械的処理プロセスをほんのわずかしか行うことができない。さらに、この電磁ハンマー装置は、材料の外部で供給される電流と比較して、材料内の誘導電流の大きさが実質的に小さいため、過大なエネルギーを必要とし、最終的には、誘導電流の大きさを適切にして、このような電磁成形または溶接プロセスを適切に行うことができるように、電流の供給を増進することが求められる。
【０００７】
さらに、従来技術の装置のいずれも、複雑な形状および新規な材料、例えば課題であり続けているサンドイッチ構造の非破壊検査を提供し、レーザ誘起共鳴周波数に基づく新しい技法を導き、ひいては健康な構造物の特性のシグネチャを判定していない。あり得る欠陥によって、予期される周波数シグネチャが変わったり損なわれたりすることにより、その検出につながる。励起は、プロセスに大きなコストを加えるレーザによって提供される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５１０８５２０号明細書
【特許文献２】米国特許第３４８０４８６号明細書
【特許文献３】米国特許第２４４６２０２号明細書
【特許文献４】米国特許第６１７１４１５号明細書
【特許文献５】米国特許第４９３７４２１号明細書
【特許文献６】米国特許第６４１０８８４号明細書
【特許文献７】米国特許第５８２６４５３号明細書
【特許文献８】米国特許第３４２６５６４号明細書
【特許文献９】米国特許第８６６８８０２号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Zhang-JieWang et al, Cyclic deformation leads to defect healing and strengthening of small-volume metal crystals, PNAS, 3, 112, 44, pp 13502-13507, 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
よって、本発明の目的は、導電性表面および非導電性表面の非接触機械的処理を行うための電磁ハンマー装置を開発することであり、そのような装置および方法は、衝撃処理、繰り返し変形、表面研磨、酸化物除去、電磁成形、および電磁溶接を含む、あらゆる種類の機械的処理動作を行うために、また応力テンソル分布の測定を行うために、汎用的に適用させることができ、本装置は、従来技術の装置および方法のいずれよりも速く、良好、かつ安価な方法で、印加される力ベクトルの方向および振幅を調整する能力を有し、引張力および／または圧縮力の両方を送達するように適合される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
材料の機械的処理を提供するように適合される本発明の電磁ハンマー装置は、処理対象の材料内の所定の経路を通してパルス電流を送るように構成された第１の導体と、上記第１の導体の上に並べられた第２の導体と、を備え、上記第１の導体は、第１のパルス電流（Ｉ１）が供給され、上記第２の導体は、第２のパルス電流（Ｉ２）が供給され、上記第１および第２の導体の間に、厚さ（ｔ）の絶縁材料の層が中間に並べられ、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを同じ方向に同時に印加することにより、処理対象の材料に引張力を印加し、かつプル（ｐｕｌｌ）効果を及ぼし、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを互いに反対方向に印加することにより、処理対象の材料に圧縮力を印加し、かつプッシュ（ｐｕｓｈ）効果を及ぼし、上記力（Ｆ）は、処理対象の材料に垂直に働き、次式によって与えられる：
【数１】
2019523713.tif 000003
ここで、（Ｌ）は、力が印加される、処理対象の材料内における所定の経路の長さを表し、（μ）は、絶縁材料の上記層の比透磁率であり、（μ０）は真空の透磁率である。
【００１２】
本発明の１つの好ましい実施形態によれば、電磁ハンマーは、処理対象の材料の直線条片または平面セグメントの機械的処理を提供するように適合され、ここで、第２の導体は、処理対象の材料の直線条片または平面セグメントの長さおよび幅以下である長さおよび幅を有する長手方向条片として構成される。
【００１３】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、電磁ハンマーは、小体積の処理対象の材料の機械的処理を提供するように適合され、ここで、第２の導体は、Ｖ字形の導体であり、したがって、装置は、機械的処理を提供するように適合され、このような機械的処理は、処理対象の材料における機械的処理を必要とする小体積の選択されたスポットにおいて順次行われる。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、長手方向条片として、またはＶ字形の導体として構成された一対の補助導体が、長手方向条片として、またはＶ字形の導体として対応して構成された第２の導体の各側に設けられ、このような補助導体は、処理対象の材料に選択された角度方向で力を働かせる能力を提供する。
【００１５】
さらなる実施形態は、円筒状または管状の処理対象の材料において所望の機械的処理を行う際の本発明の電磁ハンマー装置の使用法を開示する。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、電磁ハンマーは、処理対象の非導電性材料の直線条片もしくは平面領域、または小体積の処理対象の非導電性材料の機械的処理を提供するように適合され、ここで、処理対象の非導電性材料は、上記の第１の導体を受容し、絶縁材料の膜で覆われるように適合された導電性材料の層によって覆われ、その後、第２の導体は、下にある第１の導体に平行な方向で絶縁材料の膜の上に設けられる。
【００１７】
最後に、同じ電磁ハンマー装置が、あらゆる種類の材料における応力テンソル分布を監視し、測定値を提供するために使用され得る。
【００１８】
本発明の利益および利点は、添付の図面を適切に参照して「発明を実施するための形態」を注意深く読めば、明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】機械的処理対象の導電性材料の直線条片または平面およびその下にある体積に対して、これらに垂直に働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の第１の好ましい実施形態を示す。
【図２】機械的処理対象の導電性材料の直線条片または平面およびその下にある体積に対して、これらに適切に選択された角度方向で働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の別の好ましい実施形態を示す。
【図３】小体積の直線条片または平面に対して、これらに垂直に働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の別の好ましい実施形態を示す。
【図４】小領域の直線条片または平面に対して、これらに適切に選択された角度方向で働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の別の好ましい実施形態を示す。
【図５】処理対象の導電性円筒の円周全体の下にある体積に対して、その円周全体に沿って長手方向に働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の別の好ましい実施形態を提示する。
【図６】導電性の管において、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の別の好ましい実施形態を提示する。
【図７】機械的処理対象の非導電性材料の直線条片および平面に対して、機械的処理を提供するように適合される、本発明の電磁ハンマー装置の好ましい実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、添付の図面に示されている例示的な実施形態に関連して以下に提示され、添付の図面には、処理対象の材料に異なるモードの応力を印加するための装置が開示されている。
【００２１】
本発明の主な目的は、処理対象の材料に引張力および／または圧縮力を印加するための、処理対象の材料に適切に選択された角度方向で作用する能力を有する、電磁ハンマー装置を開示することである。
【００２２】
本発明の第１の好ましい実施形態によれば、電磁ハンマー装置は、機械的処理対象の導電性材料の直線条片または平面およびその下にあり、表皮効果によって決まる体積に対して、これらに垂直に働く引張力または圧縮力を印加することにより、機械的処理を提供するように適合される。この点に関して、図１に示すように、第１のパルス電流が、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３の長手方向に延びる端部に配置された、自身の２つの端子で描かれている第１の導電体２に沿って送られ、このような処理は、パルス電流によって引き起こされる表皮効果によって与えられる。第２の導電体４が、処理対象の導電性材料の直線条片または平面セグメント３の上に、これと平行な方向に並べられ、直線条片または平面セグメント３と導電体４との間に、比較的薄い層の絶縁材料５が中間に配置される。本発明の１つの好ましい実施形態によれば、上記の絶縁材料５は、処理対象の材料１の直線条片または平面セグメント３を覆うのに適切な寸法を有する絶縁膜の形態をとるが、別の好ましい実施形態によれば、絶縁材料５は、導電体４の絶縁コーティングの形態をとることもできる。
【００２３】
図１に示す電磁ハンマー装置は、第１の導電体２に沿って、すなわち処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３に沿って長手方向に、上記の第１のパルス電流を供給することと、直線条片または平面セグメント３の上に重ねられた導電体４を通して第２のパルス電流を同時に供給することと、によって動作し、導電体４の下の直線条片または平面セグメント３の一部分は、処理対象の導電性材料１の表皮効果に関連して機械的に処理される体積６であり、ここで、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを同じ方向に印加すると、処理対象の導電性材料１の機械的に処理される体積６に引張力、すなわちプル効果が印加され、一方、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを互いに反対方向に印加すると、処理対象の導電性材料１の機械的に処理される体積６に圧縮力、すなわちプッシュ効果が印加される。図１に示す上記の実施形態の電磁ハンマー装置により、処理対象の導電性材料１の表皮効果に関連する機械的に処理される体積６に引張力または圧縮力が垂直に働く。当然のことながら、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３の下にある体積全体に所望の機械的処理を提供するために、第２の導体は、この直線条片または平面セグメント３の長さおよび幅を有するか、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３全体において所望の機械的処理を行うように、横断方向および／または長手方向に適切に移動されるかしなければならない。
【００２４】
周波数、デューティサイクル、期間および振幅を含む、送られるパルス電流のパラメータを制御することができる。このようにして、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３を通るように構成された第１の導体２に供給される第１のパルス電流の周波数帯域幅を制御することによって、処理対象の導電性材料１の表皮効果に関連する機械的に処理される体積６の深さを決めることができる。よって、好ましい実施形態によれば、本発明の電磁ハンマー装置が、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３を通過するパルス電流の周波数帯域幅を制御する手段を備えている場合、処理対象の導電性材料１の直線条片または平面セグメント３の有効深さを適切に調整することができ、特に周波数帯域幅が増加するにつれて、表皮効果に関連する機械的に処理される体積６の有効深さが減少し、逆もまた同様である。ここで、機械的に処理される体積６に対する電磁ハンマーの作用の持続時間は、処理対象の導電性材料１の機械的に処理される体積６を通して上記の第１および第２のパルス電流を同時に送る期間によって決まることに留意されたい。
【００２５】
パルス電流が流れる処理対象の機械的に処理される体積部６は、厚さｔの絶縁薄膜５によって覆われている。よって、機械的に処理される体積６に作用する引張力または圧縮力Ｆは、アンペールの法則に従うため、次式によって与えられる。
【数２】
2019523713.tif 000004
（１）
ここで、Ｌは、力が印加される機械的に処理される体積６の長さを表し、μおよびμ０は、それぞれ、絶縁手段５の比透磁率および真空の透磁率であり、Ｉ１およびＩ２、ならびにｔは、それぞれ上記の第１および第２のパルス電流、ならびにそれらの距離ｔ（絶縁手段５の厚さ）を表す。
【００２６】
ここで、絶縁膜５がμ＞１の透磁率を有する磁性体である場合、力Ｆは増幅されることに留意されたい。
【００２７】
電流Ｉ１とＩ２とが等しい振幅Ｉの電流である場合、力Ｆは次式のようになる。
【数３】
2019523713.tif 000005
（２）
【００２８】
力Ｆの符号は、印加されている力の特性を示しており、すなわち、このような力が上記の第１の電流と第２の電流とを同じ方向に供給したことによる引張力であるか、互いに反対方向に供給したことによる圧縮力であるかを示している。
【００２９】
さらに好ましい実施形態によれば、本発明の電磁ハンマー装置は、図２に示すように、一対の補助導体７、８をさらに備え、この導体７、８は、装置の導電体４の両側に平行な方向に配置されている。上記の導体７、８における、それぞれ第３および第４のパルス電流の供給は、処理対象の材料の表面に上記の引張力または圧縮力が印加される角度を制御する能力を与える。ここで、直線条片または平面セグメント３と導電体４との間に絶縁膜５が並べられる代わりに、導電体４の周りに絶縁コーティングを用いる場合、当然のことながら、補助導体７、８の周りに類似のコーティングを用いることに留意されたい。
【００３０】
図２に示す補助導体７、８はまた、直線条片または平面セグメント３および導電体４を介して送られるパルス電流に同期した第３および第４のパルス電流がそれぞれ供給され、それによって、直線条片または平面セグメント３と導電体４との間に生じる力と共に作用する追加的な力がもたらされる。これにより、導体４にわたって、直線条片または平面セグメント３に垂直に作用する力に対して、−９０度から＋９０度までの任意の角度に向けられるように、したがって、適切に選択された角度方向で機械的に処理される体積６に働く引張力または圧縮力を生じるように、制御され得る合力が得られる。一例として、パルス電流の大きさを補助導体７で増加させ、補助導体８において減少させる場合、合力は、導体７の側に向かって角度（ｘ）で傾斜する傾向があり、その逆もまた同様である。パルス電流が導体４に送られず、補助導体７、８を通って送られる電流の方向が互いに反対である場合、合力は平面上にあり、表面研磨および表面処理の能力を提供する。
【００３１】
さらに、補助導体７、８のパルス電流が、導電体４の電流と反対方向に供給される場合、機械的に処理される体積６に対応する領域の幅が狭くなる。
【００３２】
このようにして、衝撃処理または繰り返し変形処理のために使用され得る非接触プッシュプル多方向電磁ハンマーが提供される。
【００３３】
要するに、図１および図２の電磁ハンマー構成は、処理対象の体積に作用する引張合力または圧縮合力の振幅および方向を制御する能力により、領域または（線を模した）幅狭な条片のいずれかに適用可能な様々な種類の機械的処理に使用することができる。
【００３４】
処理中の領域に所望の効果を与えるのに適した本発明の電磁ハンマー装置のさらなる好ましい実施形態が図３に示されており、図３では、処理対象の導電性材料１の一部であり、同様に表皮効果に関連する、処理対象の小体積９が、絶縁薄膜５によって覆われており、絶縁薄膜５の上にＶ字形の導体１０がある。小体積９およびＶ字形の導体１０を通るパルス電流によって、Ｖ字形の導体１０の下の小体積９に小さい引張力または圧縮力が生じる。この好ましい実施形態によれば、機械的処理が、処理対象の材料１においてこのような機械的処理を必要とする小体積９の選択されたスポットにおいて順次行われる。絶縁材料５の比較的薄い層が、処理対象の導電性材料１とＶ字形の導体１０との間の中間に配置される、あるいは、Ｖ字形の導体１０が絶縁薄膜５によって覆われてもよい。
【００３５】
図４は、図３の好ましい実施形態において、２つのさらなるＶ字形の補助導体１１、１２であって、それぞれが、Ｖ字形の導体１０の一方の側に配置され、処理対象の材料の表面に任意の角度で回転するように適合される、２つのさらなるＶ字形の補助導体１１、１２を設けることにより、処理対象の体積の表面の合力の角度および振幅を調整する追加的な能力を有する、図３の好ましい実施形態を示しており、ここで、このような構成は、処理対象の導電性材料の表面に働く引張合力または圧縮合力の振幅および角度を調整でき、合力の角度方向は、処理対象の導電性材料１の表面で、２つのＶ字形の補助導体１１、１２を回転することによって、処理対象の小体積９を中心として、立体の全周囲に３６０°の範囲内で変えることができる。機械的処理は、処理対象の小体積９、Ｖ字形の導体１０、および２つのＶ字形の補助導体１１、１２を通るパルス電流によって提供される。この場合も同様に、パルス電流がＶ字形の導体１０を通して送られず、Ｖ字形の補助導体１１、１２を通って送られる電流の方向が互いに反対である場合、合力は平面上にあり、表面研磨および表面処理の能力を提供する。
【００３６】
このような衝撃処理または繰り返し変形処理の別の好ましい用途は、定常状態の導電性円筒の処理に当てはまる。図５は、この種類の動作を示している。処理対象の円筒１３は絶縁薄膜５によって覆われ、そして絶縁薄膜５は導電性の管１４によって覆われている。この構成によれば、円筒形状の導電性要素は、第１のパルス電流を、円筒１３全体に流し、また第２のパルス電流を、処理対象の円筒１３を覆う絶縁薄膜５の上に設置されている、周囲の導電性の管１４に流すことによる、衝撃処理または繰り返し変形処理によって処理することができる。このようにして、処理対象の円筒１３の微小体積１５（表皮効果）全体に引張力または圧縮力が印加される。これらの力は、印加されるパルス電流の積に比例し、絶縁薄膜の厚さに反比例する。過大なパルス電流を流すと、処理対象の円筒の表面を強く変形させることができ、表面研磨さえも生じ得る。
【００３７】
このような衝撃処理または繰り返し変形処理の別の好ましい用途は、定常状態の導電性の管の処理に当てはまる。図６は、この種類の動作を示している。処理対象の管１６は、第１および第２の絶縁薄膜５により内外を覆われている。第１の導電性の管１７が第１の絶縁膜５の内側に設けられ、第２の導電性の管１７が第２の絶縁膜５の外側にそれぞれ設けられている。この構成によれば、処理対象の導電性の管１６の内周および外周の両方を、衝撃処理または繰り返し変形処理によって処理することができる。この効果を得るために、第１のパルス電流を、処理対象の管１６全体の導体２に通し、第２のパルス電流を、処理対象の管１６の内側に配置された第１の導電性の管１７に通し、かつ処理対象の管１６の外側に配置された第２の導電性の管１７に通す。このようにして、処理対象の管１６の微小体積１５全体に引張力または圧縮力が印加される。同様に、印加される力は、印加されるパルス電流の積に比例し、絶縁薄膜の厚さに反比例する。同様に、過大なパルス電流を流すと、処理対象の円筒の表面を強く変形させることができ、表面研磨さえも生じ得る。
【００３８】
本発明の電磁ハンマーによる機械的処理は、図７に示すような非導電性材料１８で行うこともでき、非導電性材料１８の直線条片または平面は、一対の導電性の直線条片または平面セグメント１９によって覆われ、上記の導電性の直線条片または平面セグメント１９は、絶縁薄膜５によって分離されている。
【００３９】
図７に示す電磁ハンマー装置は、２つの導電性の直線条片または平面セグメント１９においてパルス電流を送ることによって動作し、この場合、パルス電流は、２つの導電性の直線条片または平面セグメント１９において互いに反対方向に送られ、それにより、非導電性材料１８の表面に圧縮力を働かせ、その結果、非導電性材料１８に衝撃および／または繰り返し変形をもたらす。パルス電流はまた、２つの導電性の直線条片または平面セグメント１９において同じ方向に送られ、それによって、非導電性材料１８の表面に引張力を働かせるが、この場合、非導電性材料１８の表面に隣接する直線条片または平面セグメント１９は、適切な接着剤によってそこに固着されていなければならない。
【００４０】
本方法は、局所的に過大な力を発生させる能力に起因して、酸化物除去のために使用することができ、加えて、処理対象の材料にパルス電流を通す本電磁ハンマー装置により、電磁成形、および電磁溶接を大幅に改善することができる。導電性材料の様々な平面状、円筒状、または管状の表面は、本発明の電磁ハンマーを使用して必要な機械的処理を成功裏に受けることができる。非導電性材料を導電性の要素で覆うことによって、非導電性材料に適切な機械的処理を提供することもできる。この特定の場合では、処理対象の材料の表面に圧縮応力のみを加えることができるが、そのような導電性材料をその上に固着させた場合には、引張応力もまた印加できる。
【００４１】
説明された方法および装置は、印加される力ベクトルの方向および振幅を調整する能力を有し、上記の生成された引張力および／または圧縮力に起因して、衝撃処理、繰り返し変形、表面研磨、および表面酸化の非接触かつ効率的な除去を含む、導電性表面および非導電性表面の非接触機械的処理に使用することができる。
【００４２】
本発明の電磁ハンマー装置はまた、処理対象の材料における応力テンソル分布を測定するために使用することもでき、それによって、装置は、かなり小さい引張力および／または圧縮力を生成し、これが材料を処理する代わりに弾性波を発生することによって、応力検知要素として動作するように適合され、弾性波の形状およびサイズによって、弾性波の生成、伝播、および検出の対応する領域の応力レベルが求められる。
【００４３】
あるいは、本発明の電磁ハンマー装置の本明細書で説明されたすべての実施形態は、衝撃処理、繰り返し変形、電磁成形、および電磁溶接などの、機械的処理対象の材料の特定の構成に適合させるために使用することができ、表面研磨、酸化物の除去、および機械加工などの機械的処理は、図１、図２、図３、および図４に示される電磁ハンマー装置を用いて主に得られている。非破壊検査は、上記の実施形態のいずれかを用いて、適切な検知装置およびデータ取得装置と組み合わせて得られる。
【００４４】
最終的には、直線条片およびＶ字形の導体の形態で構成された導体を備え、直線条片およびＶ字形の導体の形態で構成された補助導体を含む、包括的な電磁ハンマー装置が提案され、場合に応じた導体構成が、すべての種類の平面または曲面において上記の包括的な種類の機械的処理を提供するために使用され、このような包括的な電磁ハンマー装置は、電源手段と、意図された機械的処理の目的を果たすために、それぞれの特定の場合に供給されるパルス電流の周波数帯域幅ならびに大きさおよび方向を調整するための適切なソフトウェアを備えるコンピュータと、をさらに備える。
【００４５】
したがって、導電性材料の機械的処理のための方法が提案され、本方法は、
処理対象の材料（１、１３、１６）内の所定の経路を通る第１の導体（２）に第１のパルス電流を供給するステップと、
上記第１の導体（２）を第２の導体（４、１０、１４、１７）から分離する絶縁材料層（５）の上に並べられた第２の導体（４、１０、１４、１７）に第２の電流を供給するステップであって、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを同じ方向に同時に印加することにより、処理対象の材料（１、１３、１６）に引張力を印加し、かつプル効果を及ぼし、上記第１のパルス電流と上記第２のパルス電流とを互いに反対方向に印加することにより、処理対象の材料（１、１３、１６）に圧縮力を印加し、かつプッシュ効果を及ぼし、上記力（Ｆ）は、処理対象の材料に垂直に働く、ステップと、
を含む。
【００４６】
さらなる実施形態によれば、第２の導体（４）または（１０）の各側にそれぞれ配置された第３および第４の導体（７、８）または（１１、１２）に、第３および第４のパルス電流を供給し、それによって、上記第３および第４のパルス電流の大きさを変えることによって、処理対象の材料に働く拡張された合力と、この合力が処理対象の材料に印加される角度を制御する能力と、を提供する、さらなるステップを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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